CN104445805B - 一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，包括农田和农田中设置的沟渠，所述沟渠两侧壁的顶部设置有压顶，所述沟渠的底部铺设有卵石或纤维层，所述卵石或纤维层面上及沟渠两侧壁设置有中间为六边形孔的混凝土防渗砌块，所述防渗砌块的孔内填充有植被，所述混凝土防渗砌块层面上沿沟渠长度方向，等间距设置有沸石堆，所述每个沸石堆之间的沟渠压顶两侧，分别设置有农田排水口。本发明可以让天然沸石再生，将污水中的部分养分重新数送到农田中，被植物吸收，做到环保、节源，同时占地面积小，施工方便。

Description

一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统
技术领域
本发明属于农业污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统。
背景技术
随着经济的快速发展，环境问题日益严重，对居民日常生活造成恶劣影响，其中，太湖水污染便是突出的一个。排入太湖的主要污染物的来源有三大类，包括工业污染、农业污染和生活污染。农业面源污染主要来自于大量的农用化学品的投入，据统计，太湖流域每年每公顷耕地平均化肥施用量(折纯量)从1979年的24.4公斤增加到目前的66.7公斤，而一些发达国家规定每年每公顷耕地平均化肥施用量不得超过22.5公斤。通过沟渠、生态拦截系统的建设，可阻截大部分农田损失的养分，但仍会有一部分养分进入河道，进而流入太湖。流失的这部分养分不仅污染了太湖，还造成资源的浪费。数据显示，淡水中氮含量超过4.60mg/L就是极负营养水，太湖水中氮含量最高时超过10mg/L，为藻类生长提供了一个最为基础的物质条件，导致太湖富营养化大面积爆发，湖面漂浮大量蓝藻，且蓝藻腐烂导致太湖水缺氧性恶臭，造成水污染，影响居民正常用水。根据连续5年的环境状况公报显示，湖体水质均为劣V类，已经间接的威胁到无锡市水源地的水质，威胁到无锡市城市供水安全。因此，研究制定有效的农田非点源污染物拦截措施，消减农田排水中氮磷等污染物负荷，遏制水体富营养化，成为控制农业非点源污染研究方面的重要内容。当前，农业面污染源氮磷流失拦截主要包括生态沟渠技术，拦截坝技术、ET造流生化技术以及生态塘/人工湿地处理技术等，适用于不同地形、地貌的面源氮磷流失生态拦截。而常用于去除水中氨氮的处理方法有生物处理法、膜过滤法、吹脱法以及吸附法。
沸石晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴之间通过开口的通道彼此相连，并与外界沟通，晶穴体积约占总体积的40～50％，具有很大的比表面积(可达500～1100m2/g)，独特的离子交换能力、静电吸引力及吸附能力、筛分和催化能力，具有较高的机械强度、热稳定性和很强的耐酸耐碱性，其表面和内部被微生物附着生长，构成生物沸石反应器，对氨氮具有很强的选择性吸附能力,这点早已为人们所认识，并用于氨氮污水处理，其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂"。我国天然沸石蕴藏丰富品质好，价格低，是氨氮污水处理的理想材料，但天然沸石吸附能力有限，对于高浓度氨氮污水处理再生频繁，其应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是针对农田面源污染问题，考虑到传统生态沟渠系统占地面积大、施工时间长及天然沸石吸附能力有限、再生困难的缺点以及未来的发展方向，将生态沟渠和天然沸石结合起来，提供一种美观，占地面积小，施工方便，集污水输送、拦截等功能的可再生沸石生态沟渠组合处理系统，不仅可以让天然沸石再生，还能将污水中的部分养分重新输送到农田中，被植物吸收，达到环保、节源的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，包括农田和农田中设置的沟渠，所述沟渠两侧壁的顶部设置有压顶，所述沟渠的底部铺设有卵石或纤维层，所述卵石或纤维层面上及沟渠两侧壁设置有中间为六边形孔的混凝土防渗砌块，所述防渗砌块的孔内填充有植被，所述混凝土防渗砌块层面上沿沟渠长度方向，等间距设置有沸石堆，所述每个沸石堆之间的沟渠压顶两侧，分别设置有农田排水口。
所述植被包括土壤、植物碎渣或者其组合。
所述植被种植有挺水植物或沉水植物。
所述沸石堆距排水口的距离为10m，高为0.55-0.65m。
所述农田排水口相对于沟渠底部为对称设置。
所述排水口之间的距离为15m。
所述沸石堆套装于钢网之中，其形状与沟渠断面相吻合。
所述沸石堆由两个三棱柱形沸石块与两个长方体形沸石块构成。
所述三棱柱形沸石块的长、宽、高分别为0.3m、0.2m、0.6m；长方体形沸石块的长、宽、高分别为0.2m、0.15m、0.3m。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1、防渗砌块紧密排列于沟渠底部及两侧，有效防止渗漏，中间设置的六边形孔内种植的植物可以有效拦截农田径流中的颗粒物，延长水利停留时间，增加污染物去除效率。
2、沟渠底部铺设的卵石、纤维等利于生物膜的形成与生长，防渗砌块的孔内的植被种植有植物，构成植物—微生物系统从而提高了净水能力。
3、沸石堆的比表面积大，色散力和静电引力大，使得沸石具有良好的吸附性能，可以在很大程度上截留氮磷化合物，尤其是氨氮，不仅如此，沸石堆还可以吸附部分有机物，减轻了后期河湖处理的负荷。
4、由于沸石结构的特殊性，其还可以作为生物载体，在沸石表面可以存活生长大量的硝化菌，可以把氨氮直接转化为硝态氮，溶于水中，被沟渠中的植物吸收，防止造成二次污染。
5、当沸石吸附达到饱和时，经过灌溉水的反冲洗后可直接使用，达到再生的效果，勿需化学试剂和辅助设备，快速、高效、操作简单、成本低，沸石中的部分硝态氮被冲洗到农田后可被农作物吸收，提高化肥的利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中B-B的剖视结构示意图。
图3是图1中A-A的剖视结构示意图。
附图标记：1-沟渠侧壁 2-沟渠底部 3-沟渠压顶 4-排水口5-防渗砌块 6-植物 7-卵石及纤维层 8-沸石堆
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明作进一步的描述：
一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，包括农田和农田中设置的沟渠，沟渠侧壁1及沟渠底部2构成，沟渠侧壁1与沟渠底部约为45度，沟体深约1米。两侧沟渠侧壁1的顶部分别设置有沟渠压顶3，沟渠底部2铺设有卵石或纤维层7，卵石或纤维层7有利于生物膜的形成与生长，所述卵石或纤维层7面上及两侧沟渠侧壁1上，均设置有中间为六边形孔的混凝土防渗砌块5，混凝土防渗砌块5中间的六边形孔为通孔，此外还可在防渗砌块5的上下两个侧面还分别设置有凸块和凹槽，凸块和凹槽的彼此相互扣接将各个防渗砌块联接成紧密的一体，当然不设置凸块和凹槽对该组合处理系统也无多大影响，本实施例中的混凝土防渗砌块5为中间开有六边形通孔的六边形砖块。
防渗砌块5的孔内填充有土壤或植物残渣或者其组合，用以种植植物6，植物6主要为沉水植物或挺水植物，例如可以为茭白，空心菜或狗牙根等，不仅美观，实现对氮磷等的截留，并有效拦截农田径流中的颗粒物，还具有经济价值和食用价值。所述防渗砌块5的层面上沿沟渠长度方向上，等间距设置有沸石堆8，沸石堆8套装于钢网之中，其形状与沟渠断面相吻合，可使污水径流通过沸石，去除效果达到最好。每个沸石堆8之间的沟渠压顶3上，分别设置有农田排水口4，排水口4相对于沟渠底部2为对称设置，排水口4的大小及形状与本系统中的沸石堆8的形状相吻合，排水口4之间的距离为15m，沸石堆8距排水口4的距离为10m，高为0.55-0.65m。
本实施例中每个沸石堆8均由两个三棱柱形、两个长方体形共四块沸石块组成，沸石块是由不锈钢丝制成的钢网和天然沸石组成的，因为天然沸石形状不规则，大小不一，故将其放入钢网中以形成与沟渠断面相吻合的形状，而且钢网的空洞便于人工移动沸石块，三棱柱沸石块长0.3m，宽0.2m，高0.6m，长方体沸石块长0.2m，宽0.15m，高0.3m，本系统采用的是浙江缙云沸石，密度约为1.6g/cm3，经计算每个沸石块的重量约为28.8kg，符合一个正常成年人的臂力范围。
本发明所述系统的工作状态如下：农田面源污水经排水口流出后进入沟渠中，在流动过程中，沟渠中的植被及植物6拦截水中的颗粒物，并吸附少部分的氨氮，随后流经沸石堆8，当沸石吸附达到饱和，可在灌溉之前将沸石块人工移动到相对应的农田排水口4进行反冲洗，移动时沸石的背水侧朝向沟渠，灌溉水对沸石进行反冲洗，因为灌溉水来自水库，经过水体的自净能力，其水质比农田面源污水好，故可将吸附填充在沸石表面的氨氮、硝态氮等氮磷化合物冲到农田中，被植物利用，提高资源的利用率，并在一定程度上使沸石达到再生。

Claims (9)

1.一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，包括农田和农田中设置的沟渠，其特征在于，所述沟渠两侧壁的顶部设置有压顶，所述沟渠的底部铺设有卵石或纤维层，所述卵石或纤维层面上及沟渠两侧壁设置有中间为六边形孔的混凝土防渗砌块，所述防渗砌块的孔内填充有植被，所述混凝土防渗砌块层面上沿沟渠长度方向，等间距设置有沸石堆，所述每个沸石堆之间的沟渠压顶两侧，分别设置有农田排水口；当沸石堆吸附达到饱和后，在灌溉前将沸石堆移动到相应的农田排水口，灌溉水对沸石堆进行反冲洗，将吸附填充在沸石表面的氮磷化合物冲到农田中，使沸石堆达到再生。
2.根据权利要求1所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述植被包括土壤、植物碎渣或者其组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述植被种植有挺水植物或沉水植物。
4.根据权利要求1所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述沸石堆距排水口的距离为10m，高为0.55-0.65m。
5.根据权利要求1所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述农田排水口相对于沟渠底部为对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述排水口之间的距离为15m。
7.根据权利要求1所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述沸石堆套装于钢网之中，其形状与沟渠断面相吻合。
8.根据权利要求1或4或7所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述沸石堆由两个三棱柱形沸石块与两个长方体形沸石块构成。
9.根据权利要求8所述的一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统，其特征在于，所述三棱柱形沸石块的长、宽、高分别为0.3m、0.2m、0.6m；长方体形沸石块的长、宽、高分别为0.2m、0.15m、0.3m。
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